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Arquitectura del sistema eléctrico

Uso y aplicaciones del sistema eléctrico

Circuito de batería

el sistema eléctrico de la mayoría de los aviones ligeros usa batería de plomo –acido de 12v o 24v y, casi sin excepción, utilizan el sistema de un conductor simple con negativo a masa. Esto supone que el terminal negativo de la batería se conecta directamente a la estructura del avión, poniendo toda esta estructura metálica a un potencial negativo. De esta forma todos los componentes del sistema eléctrico requiriendo únicamente para alimentarse de un conductor simple procedente de la fuente de tensión positiva

Circuito del generador

Las aeronaves ligeras monomotor disponen de un sistema eléctrico donde predomina la corriente de tipo continua. Son muy pocas las aplicaciones de corriente alterna; sin embargo, existen algunos instrumentos que internamente disponen de un circuito inverso sencillo, de modo que, aunque se alimentan de corriente continua utilizan la alterna.

Circuito de alimentación externa

Debido a la intensa descarga que provoca el motor de arranque sobre la batería, la mayoría de los aviones incorporan una conexión para alimentación externa, la cual suministra la corriente necesaria para el arranque de los motores.

Circuito de ignición

Los motores alternos se caracterizan por que obtienen la energía mecánica de una reacción química de combustión interna que se produce en una mezcla de aire y combustible. Una chispa eléctrica producida por la bujía es el detonante que provoca la explosión en el interior de los cilindros, necesaria para hacer girar el motor.

Circuitos del sistema aviónica

La inmensa mayoría de los equipos de aviación utilizados actualmente están compuestos por elementos de estado sólido, los cuales se pueden dañar fácilmente por medio de picos de tensión tales como los provocados por colapsos del campo magnético. Para prevenir este tipo de daños a los equipos del sistema de aviónica, los equipos de radiofrecuencia suelen recibir la alimentación desde una barra separada, que se puede aislar de la barra principal cuando arranca el motor, o cuando se conecta la energía externa

Potenciómetros

Para poder regular manualmente el paso de una determinada intensidad por la rama de un circuito eléctrico, se dispone de un mecanismo denominado potenciómetro. Es una resistencia que dispone de tres terminales y cuyo valor se puede modificar mediante un tornillo o regulador manual.

Dispositivos limitados de corriente

Es un dispositivo determinado se produce un corto, la intensidad que llega a fluir por los conductores es muy alta. Este exceso de corriente puede generar suficiente calor para dañar el cableado, e incluso producir un incendio a bordo. Para prevenir el daño que produce un cortocircuito, se debe proteger todos los circuitos del avión, bien por fusible o bien por interruptor cortocircuito.

Alumbrado exterior de la aeronave

Las luces exteriores necesarias para todo avión que deba volar sin visibilidad están prescritas y reglamentarias. Existe una gran variedad de sistemas de iluminación exterior. Estos incluyen luces de posición, de aterrizaje, de rodaje, anticolisión, de inspección, de formación, etc. Las luces exteriores, que están sometidas a fuertes vibraciones y a condiciones climaticas adversas, se alimentan en su mayoría de corriente continua de 28VDC, con los que sus filamentos son más robustos que para mayores tensiones.

Alumbrado interior de la aeronave

Se pueden encontrar en gran variedad de luces interiores en una aeronave moderna. Por mencionar algunas, se pueden citarlas luces de cabina, de instrumentos, de techo, de pasillos, de lavabos, de escalones, etc, En general estas luces se pueden dividir en dos categorías: luces incandescentes y luces fluorescentes  Incandescentes: son las que utilizan un arrollamiento de holo denominado filamento, el cual proporciona una luz blanca cuando circula corriente a través de el.  Fluorescentes: están fabricadas con un tubo de cristal que contiene un gas. Cuando se aplica una tención alterna alta a los electrodos de sus extremos, se ilumina y proporciona luz

Paneles de control de la iluminación

Para controlar el encendido, apagado y regulación de los sistemas de iluminación de la aeronave, tanto exteriores como interiores, se dispone de los paneles y mandos necesarios tanto en la cabina de pilotos como en la de pasajero

Normas severas de cumplimiento de los sistemas eléctricos

Reglamentación para aeronaves categoría normales, utilitario,

acrobático y commuter:

Capacidad de los sistemas eléctricos:

Cada sistema eléctrico debe ser adecuado para el uso que se desee. Por lo tanto, las fuentes de energía eléctrica, sus conductores de transmisión, sus protecciones y controles asociados deben ser capaces de entregar la energía requerida por cada carga del circuito esencial para una operación segura. Para que esto pueda cumplirse se debe realizar un análisis de las cargas eléctricas en las distintas combinaciones posibles y con las duraciones de uso estimadas.

Para cada sistema eléctrico se aplica lo siguiente:

 Debe estar libre de riesgos de rotura, ya sea por su propio funcionamiento o por roce con otras partes del avión.  Debe estar protegido del combustible, aceite, agua, otras sustancias dañinas y daños mecánicos.  Debe ser diseñado de manera de minimizar el riesgo de choque eléctrico a la tripulación, pasajeros y personal de tierra. Las fuentes eléctricas deben funcionar apropiadamente cuando se conectan en combinación o en forma independiente, excepto los alternadores instalados en aeronaves categoría normal, utilitaria, acrobática que puede depender de una batería para la excitación inicial o su estabilización. La falla o mal funcionamiento de alguna fuente de energía eléctrica puede dañar algunos de los componentes del avión o causar una falta de excitación inicial en los alternadores.

El control de las fuentes de energía debe permitir la operación

independiente de cada fuente en las aeronaves categoría commuter.

En este tipo de aeronaves se deben aplicar las siguientes reglas:

cuidarse especialmente que no se conecten las polaridades de manera inversa o una secuencia de fase inversa que puedan dañar los componentes de la aeronave.

Luces:

Las mismas deben cumplir las siguientes condiciones:

Luces de los instrumentos:

a) Deben hacer cada instrumento y control, fácilmente legible y discernible. b) Deben ser instaladas de tal manera que su rayo directo y rayos reflejados no incidan directamente sobre los ojos del piloto.

Luces de aterrizaje:

a) Cada faro de aterrizaje instalado debe ser certificado. b) Cada faro debe ser instalado de manera que la luz no sea demasiado intensa para el piloto, que el piloto no se vea seriamente afectado por el reflejo y que provean una luz suficiente para el aterrizaje nocturno.

Posicionamiento de las luces:

Luces delanteras:

Las luces delanteras deben estar separadas lo más posible (generalmente están ubicadas en las punteras de las alas) y se colocan una luz verde y una roja de manera que, con el avión en la posición normal de vuelo, la luz roja está ubicada del lado izquierdo y la verde del lado derecho. Cada faro debe ser certificado.

Luz trasera:

Ésta debe ser una luz blanca y se coloca lo más alto posible en el estabilizador vertical o lo más separado posible a cada lado del estabilizador horizontal. También dichos faros debe ser certificado. Tanto las luces delanteras como traseras deben tener circuitos independientes.

Sistemas de luces anti-colisión:

Si la aeronave esta habilitada para vuelo nocturno, la misma debe

estar equipada por un sistema de luces anti-colisión que cumpla con

lo siguiente:

 Debe poseer uno o más faros anti-colisión certificados localizados de tal manera que su luz no dañe la visibilidad de la tripulación. Este sistema debe tener las luces suficientes para cubrir las áreas vitales del avión, considerando la configuración física y las características de vuelo de la aeronave. El campo de cobertura debe extenderse 75º hacia cada lado en el eje horizontal de la aeronave.  Este sistema emite flashes de luz que por norma deben estar dentro de un rango de frecuencia, según la normativa Argentina para obtener un flash efectivo la frecuencia debe estar entre 40 y 100 ciclos por minuto. La frecuencia efectiva de flash es aquella en la cual la aeronave es observada desde una cierta distancia.  Las luces del sistema anti-colisión pueden ser de color rojo o blanco. Las más utilizadas son las luces de color blanco.  Las intensidades de las luces del sistema anti-colisión deben ser iguales o superiores a las mostradas en el siguiente cuadro.

Reglamentación para aeronaves categoría transporte:

Capacidad del sistema eléctrico:

 Ocurre una falla simple, como incendio en conductores o borneras de cargas que puedan desconectarse.  Las cargas encendidas están eléctricamente y mecánicamente aisladas de las cargas dañadas.

Equipamiento eléctrico e instalación:

 El equipamiento eléctrico, los controles y el cableado debe instalarse de tal forma que la operación de alguna unidad o sistemas de unidades no afecte de manera adversa la operación simultanea de algún sistema esencial para una operación segura.  Los conductores deben ser agrupados y espaciados de manera tal de minimizar el daño en circuitos esenciales en el caso de ocurrir fallas en conductores que transportan una gran corriente.  Las baterías de almacenamiento deben diseñarse e instalarse de acuerdo con lo siguiente:

1. Debe mantenerse una temperatura y presión adecuada dentro de la celda durante el proceso de carga y el proceso de descarga. Puede ocurrir un exceso en la temperatura de celda cuando esta es recargada (después de una completa descarga): i) Si se realiza la recarga entregando una tensión máxima. ii) Durante un vuelo de máxima duración. iii) Si la condición de operación es extremadamente fría.
2. Debe realizarse test para demostrar que la batería puede funcionar a la temperatura y presión deseada en las condiciones en las que va a operar.
3. Los gases explosivos y tóxicos emanados por el mal funcionamiento del sistema de carga o problemas en la instalación de la batería, pueden acumularse en cantidades peligrosas dentro de la aeronave.
4. Los gases y fluidos corrosivos que provienen de la batería pueden dañar las estructuras adyacentes o los equipos cercanos.
5. Cada batería de níquel-cadmio debe ser capaz de arrancar un motor o la APU (auxiliar power unit) sin provocar un calentamiento excesivo de su entorno.
6. Las baterías utilizadas para arrancar los motores y la APU deben tener: i) Un control automático de variación de carga a los efectos de prevenir sobre calentamiento. ii) Un sensor de temperatura y una alarma de sobre calentamiento con dispositivos para desconectar la misma de las fuentes de carga.

iii) Un sensor y alarma de falla y dispositivos para desconectar la misma.

Dispositivos protectores de circuitos:

Deben utilizarse dispositivos automáticos para evitar el daño de los equipos de la aeronave en caso de fallas del sistema. En el caso de los dispositivos de control y protección del sistema de generación deben ser diseñados para desenergizar y desconectar la fuente con problemas y rápidamente alimentar el equipo desde otra barra evitando riesgos de sobre voltaje. Cada circuito de cargas esenciales debe poseer una protección individual. En el caso de utilizarse fusibles, debe haber en la aeronave al menos un 50% de fusibles de repuesto para ser reemplazados en vuelo.